El auge del Sistema de Navegación Global por Satélite (GNSS)

2 March, 2023
Foto: Freepik.

El Sistema de Navegación Global por Satélite (GNSS) es una tecnología clave que ha revolucionado la forma en que se realiza la geolocalización y la navegación. Los sistemas GNSS combinan diferentes constelaciones de satélites, incluyendo GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou, para brindar información precisa sobre la posición, velocidad y tiempo a los usuarios en cualquier parte del mundo.

¿Cómo funciona un GNSS?

Los sistemas GNSS utilizan el concepto de pseudo rango que define la distancia aparente entre un satélite GNSS y un receptor GNSS en la Tierra. Para calcular el pseudo rango, el receptor mide el tiempo que tarda en llegar una señal desde el satélite hasta el receptor.  El tiempo de llegada de la señal de radio emitida por el satélite se mide utilizando un oscilador de alta frecuencia y un registro de tiempo. El oscilador en el receptor sincroniza su reloj con el reloj en el satélite. Luego, cuando la señal de radio llega al receptor, el receptor comienza a contar el número de pulsos de su oscilador hasta que recibe la señal completa. La cantidad de pulsos es proporcional al tiempo que tarda la señal en llegar al receptor desde el satélite. El tiempo de llegada se puede calcular multiplicando el número de pulsos por el período de pulsos del oscilador. El resultado es una estimación del tiempo que tarda la señal en llegar al receptor desde el satélite. Sin embargo, el tiempo medido aún está sujeto a errores debido a factores como la atenuación de la señal a través de la atmósfera terrestre y el efecto de los obstáculos, esto limita la precisión a pocos metros. 

Una vez se tiene el tiempo de viaje de la señal, utilizando la velocidad conocida de la señal de radio y la posición conocida del satélite, se puede calcular la distancia desde el satélite al receptor. Con esta información y junto con la información de posición de los satélites y la información de reloj del receptor se calcula la posición del receptor en la Tierra.

Figura 1) Sistema RTK aplicado a la agricultura. Estación base transmitiendo correcciones en tiempo real al receptor en un tractor con sistema de seguimiento preciso del proceso de siembra. Fuente: Farmers weekly.

¿Qué es RTK y hacia dónde vamos?

Una de las tendencias más recientes en GNSS es el uso de tecnologías avanzadas como Real Time Kinematic (RTK). RTK utiliza información de múltiples satélites y una estación base para brindar una posición altamente precisa en tiempo real. La estación base, tiene una posición conocida y gracias a ello puede calcular correcciones de la señal recibida que mitigan el impacto en la señal de las distintas capas de la atmosfera. La base envía información de corrección a un receptor o Rover del que queremos estimar la posición. El Rover utiliza esa información para calcular su posición con una precisión de algunos centímetros. Esta tecnología es útil en aplicaciones como la topografía, la construcción y la agricultura, donde la precisión de la posición es crítica.

Figura 2) Arquitectura RTK, Fuente: Ublox.

Además, el uso de RTK es cada vez más popular gracias al uso de la tecnología NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol), que permite una transmisión de correcciones RTK a través de Internet y que habilita aplicaciones RTK sin la necesidad de montar una infraestructura compleja, pues se pueden usar bases públicas o servicios de streaming de correcciones vía Internet. Por ejemplo, ahora los drones y en un futuro próximo los vehículos podrán recibir correcciones RTK en tiempo real y obtener precisiones que rondan el centímetro conectándose a Internet mediante una red celular, por ejemplo. Esto, entre otros, permitirá mejorar los sistemas de conducción asistida. 

Por otro lado, en el ámbito 5G ya hay algunos fabricantes de estaciones base que están trabajando en incorporar servicios de corrección a través de canales de control de la tecnología celular, habilitando esta información como elemento estructural de su red. Probablemente, en un futuro los vehículos incorporaran estos sistemas y los operadores ofrecerán servicios de corrección a sus clientes para valorizar su infraestructura.

Finalmente, ya anticipamos que la tecnología GNSS y RTK ganará peso en los próximos años. Para los ingenieros como nosotros es una oportunidad también para crear nuevos productos, soluciones innovadoras o mejorar aquellos sistemas en los que trabajamos. 

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Autor / Autora
Catedrático, Doctor e investigador principal del grupo de investigación Wireless Networks del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) de la UOC. Profesor de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la UOC.
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